Poszukiwanie nowych metod oceny stopnia zużycia węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody

• Autorzy: Biniak S. , Trykowski G. , Pakuła M. , Świątkowski A.

Warianty tytułu

EN

Evaluating the degree of active carbon depletion in water purification: research of new methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badano próbki węgla aktywnego stosowanego w procesie uzdatniania wody pitnej przez różne czasy filtracji (dla różnych ilości przefiltrowanej wody). Wyznaczono szereg parametrów i wielkości charakteryzujących właściwości fizykochemiczne powierzchni węgli zużytych w różnym stopniu i porównano je z właściwościami węgla świeżego (handlowego). Były to: powierzchnia właściwa BET (z niskotemperaturowej adsorpcji N2), liczba jodowa, ubytek masy w trakcie ogrzewania w zakresie temperatur 150 ÷ 600°C (z krzywych TG), zawartość popiołu oraz pH zawiesiny w roztworze NaCl. Właściwości elektrochemiczne węgli o różnym stopniu zużycia określono na podstawie pomiarów cyklowoltamperometrycznych (CV) układu Fe(CN)³-6/Fe(CN)4-6 jako depolaryzatora. W oparciu o zarejestrowane krzywe CV wyznaczono potencjały oraz natężenia prądów pików utleniania/redukcji w tym układzie. Przeanalizowano zmiany wielkości wyznaczonych parametrów fizykochemicznych i elektrochemicznych w zależności od ilości wody przepuszczonej przez węglowe złoże filtracyjne i zaproponowano metody badawcze najbardziej odpowiednie do oceny stopnia jego zużycia. Metody te mogą być również przydatne do oceny właściwości sorpcyjnych (filtracyjnych) materiałów węglowych poddanych procesom regeneracji.

EN

Samples of active carbon used in the purification of drinking water for various filtering times and quantities of filtered water were investigated. A number of parameters and quantities characterising the physicochemical properties of surface carbon spent to various degrees were determined and compared with the properties of fresh (commercial) carbon. They included the specific surface BET (from low temperature N2 adsorption), iodine number, mass loss during heating in the 150 ÷ 600°C temperature range (from TG curves), ash content and pH of the slurry in NaCl solution. The electrochemical behaviour of powdered active carbon electrodes in aqueous electrolyte solution containing a Fe(CN)³-6/Fe(CN)4-6 couple as depolariser were studied by cyclovoltmmetry. The values of the couple's charge transfer reactions parameters (anodic and cathodic peak potentials and currents) were found to depend on the surface characteristic of the carbon material of the working electrode. The changes in physicochemical and electrochemical parameters are evidence that the adsorptive capacity of the carbon filter bed varies during operation; they were analysed as functions of the amount of water filtered through the carbon bed. Suggestions are made regarding the most suitable research methods for estimating the degree of depletion: these methods may also be suitable for assessing the adsorptive (filtration) properties of regenerated carbon materials. Additionally, the knowledge of changes in the electrochemical properties of active carbon filter beds may be necessary when electrosorptive methods of water purification are taken into consideration.

Słowa kluczowe

PL

węgiel aktywny; oczyszczanie wody pitnej; stopień zużycia adsorbentu; woltamperometria cykliczna

EN

active carbon; drinking water purification; degree of adsorbent depletion

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: T. 9, nr 3
• Strony: 237--247
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Biniak S.

autor

Trykowski G.

autor

Pakuła M.

autor

Świątkowski A.

• Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Wydział Chemii, ul. Gagarina 7, 87-100 Toruń

Bibliografia

• [1] Kowal A.L., Świderska-Bróż M., Oczyszczanie wody, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Wrocław 1997.
• [2] Nawrocki J., Biłozor S., Uzdatnianie wody, procesy chemiczne i biologiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Poznań 2000.
• [3] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J., Active Carbon, Ellis Horwood Ltd., New York 1991.
• [4] Cheremisinoff P.N., Ellerbusch F., Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbor Science Publishers Inc., Ann Arbor 1978.
• [5] Derbyshire F., Jagtoyen M., Andrews R., Rao A., Martin-Gullon I., Grulke E.A., Chemistry and Physics of Carbon (Ed. L.R. Radovic), Vol 24, Marcel Dekker, New York 2001, 1-66.
• [6] Dębowski Z., Lach J., Krajowe stacje uzdatniania wód powierzchniowych stosujące węgle aktywne, Mat. Konf. nt. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Częstochowa-Ustroń, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, 207-212.
• [7] Sontheimer H.H., Crittenden J.C., Summers R.S., Actwated Carbon for Water Treatment, DVGW-Forschungsstelle, 2 ed., Karlsruhe 1988.
• [8] Grajek H., Witkiewicz Z., Badania węgli aktywnych stosowanych do oczyszczania wody przeznaczonej do celów spożywczych, Biuletyn WAT 1999, 48, 6, 17-25.
• [9] Szmechtig-Gauden M, Buczkowski R., Terzyk A.P., Gauden P.A., Wpływ eksploatacji złoża sorpcyjnego na zmianę struktury porowatej węgla aktywnego, Ochrona Środowiska 2003, 2, 9-20.
• [10] Świątkowski A., Biniak S., Pakuła M., Trykowski G., Metody oceny stopnia zużycia węgla aktywnego w procesie oczyszczania wody, Ochrona Środowiska 2005, 27,1, 3-6.
• [11] Wolborska A., Cyran J., Praca złoża węgla aktywnego w reżimie adsorpcja-biodegradacja w cyklu uzdatniania wody, Mat. Konf. nt. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Częstochowa-Ustroń, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, 229-248.
• [12] Wilmański K., Mechanizm pracy aktywnych biologicznie filtrów węglowych na podstawie badań w skali pilotowej i technicznej, Mat. Konf. nt. Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Częstochowa-Ustroń, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2004, 249-260.
• [13] Świątkowski A., Grajek H., Pakuła M., Biniak S., Witkiewicz Z., Voltammetric studies of the gradual thermal decomposition of activated carbon surface oxygen complexes, Colloids and Surfaces, A: Physicochem. and Engineering Aspects 2002, 208, 313-320.
• [14] Świątkowski A., Pakuła M., Biniak S., Walczyk M., Influence of the surface chemistry of modified activated carbon on its electrochemical behaviour in the presence of lead(II) ions, Carbon 2004, 42, 3057-3069.
• [15] Pakuła M., Świątkowski A., Walczyk M., Biniak S., Voltammetric and FT-IR studies of modified activated carbon systems with phenol, 4-chlorophenol or 1,4-benzoquinone adsorbed from aąueous electrolyte solutions, Colloids and Surfaces, A: Physicochem. and Engineering Aspects 2005,260,145-155.
• [16] Pakuła M., Świątkowski A., Biniak S., Electrochemical behaviour of modified activated carbons in aqueous and nonaqueous solutions, J. Appl. Electrochem. 1995, 25, 1038-1044.
• [17] Biniak S., Świątkowski A., Pakuła M., Chemistry and Physics of Carbon (Ed. L.R. Radovic), Vol. 24, Marcel Dekker, New York 2001, 125-225.